Хант Р.В.Г. Цветовоспроизведение

Подождите немного. Документ загружается.

кает т.н. эффект оптического растискивания красителя, иллюстрируемый рис. 13.3,

а также поскольку от поверхности отпечатков отражается белый свет (Ohta, 1971 [c],

1971 [b]).

Еще одним способом представления полного цветового охвата системы является

использование трехмерного цветового тела (Yule, Pearson и Pobboravsky, 1968;

Pearson, Pobboravsky и Yule, 1968), для чего наиболее подходящим является про

странство CIE L

(эталонный белый выбирается произвольно, из соображений удоб



161

ГЛАВА 9 КОЛОРИМЕТРИЯ СУБТРАКТИВНЫХ СИСТЕМ

700

650

550

500

450

400

600

Рис. 9.3 Охваты цветностей стимулов, которые могут быть получены с помощью красителей,

представленных на рис. 9.1, при вольфрамовой лампе накаливания с цветовой температурой

2856 К.

Пунктирная линия — охват цветностей стимулов, которые могут быть получены за счет

идеальных красителей, управляющих кардинальными стимулами R

иB

Сплошные линии — охваты цветностей стимулов, которые могут быть получены при раз

ных комбинациях трех типичных фактических красителей (рис. 9.1) в четырех вариантах их

концентраций.

Точечная линия демонстрирует то, как вырастает охват цветностей при использовании до

полнительной, пятой, концентрации, эквивалентной двойной наивысшей концентрации каж

дого красителя. Такие концентрации редко встречаются в изображениях, но цветности резуль

тирующих стимулов примерно описывают возможности современных субтрактивных фото

пленок.

Итоговые пять вариантов концентрации дают примерно 56%, 31%, 10%, 1% и 0.1% про

пускания по основным полосам поглощения красителей, что эквивалентно оптическим плот

ностям порядка 0.25, 0.5, 1.0, 2.0 и 3.0.

ства) и что показано на рис. 9.5, где коррелят насыщенности (

) отложен по оси абс

цисс, а коррелят светлоты (L

) — по оси ординат.

На рис. 9.5 даны три сечения цветового охвата, каждое из которых относится к двум

из шести главных цветовых тонов: красному, зеленому, синему, голубому, пурпурному

и желтому. Коль скоро L

ось расположена вертикально, а оси u

и v

лежат на горизон

тальной плоскости, то данный рисунок демонстрирует вертикальные сечения цветового

тела, всегда включающие в себя ось светлоты, но расположенные на разных углах цве

тового тона (иногда бывает полезным расположить оси u

и v

взаимноперпендикулярно

и, следовательно, рассматривать цветовое тело сверху).

Уточним, что на рис. 9.5 показаны охваты цветностей фотокрасителей в сравнении

с охватом телевизионных люминофоров (см. рис. 9.4): мы видим, что грани охвата лю

минофоров представляют собой плоскости, тогда как поверхности охвата фотокраси

телей слегка искривлены, поскольку локусы главных цветовых тонов (представляю

щие на диаграмме цветностей изменение насыщенности при изменении концентра



ции красителей) не являются строго прямыми линиями.

162

ГЛАВА 9 КОЛОРИМЕТРИЯ СУБТРАКТИВНЫХ СИСТЕМ

700

650

550

500

450

400

600

Рис. 9.4 Сплошные линии — охваты цветностей стимулов, которые можнопо лучить при стан

дартном D

осветителе и красителях типичной фотопленки (с максимальными оптическими

плотностями порядка 2.0 по основным полосам поглощения этих красителей) при разных соче

таниях их концентраций.

Пунктирные линии — охваты цветностей стимулов, которые можнопо лучить с помощью

люминофоров типичного домашнего телеприемника.

Точечнопунктирная линия — максимальный охват цветностей реальных сцен.

На каждом из трех сечений L

ось отображает серую шкалу, в верхней позиции ко



торой расположен эталонный белый стимул (L

= 100), а в нижней — стимул, воспри

нимаемый как черный (L

= 0). Горизонтальное удаление от L

оси дает меру отличия

цветности стимулов постоянной фотометрической яркости от серого (что аналогично

манселловской насыщенности). Понятно, что стимулы с наибольшими относительны

ми яркостями в каждом из сечений охвата будут стремиться к вершинам этих сечений

и что по мере роста насыщенности стимулов их позиции в охвате будут удаляться от

оси. Прямые линии, радиально расходящиеся из нулевой точки, представляют по

зиции стимулов постоянной цветности, но переменной относительной яркости, то есть

это линии примерно постоянной чистоты цвета.

Теперь сравним охваты, показанные на рис. 9.5 (сплошные линии — охват фото

пленки; пунктирные — телеприемников): мы видим, что контуры охватов больше от

личаются друг от друга, чем на рис. 9.4. Четко видно, что охват пленки больше в на

правлении голубых тонов, но также видно и то, что сказанное относится только к сти

мулам, дающим ощущения светлоты в диапазоне от 0 до 80 по L

, тогда как на участке

от 80 до 100 по L

охват телевизионной системы в голубом направлении больше. Так

происходит потому, что паразитное поглощение пленочного cyanкрасителя не дает

достичь ему высоких уровней относительной яркости.

Рис. 9.4 демонстрирует, что по красному, зеленому, пурпурному и синему направ

лениям охваты пленки и телевизионной системы весьма схожи между собой, однако

по рис. 9.5 четко видно, что сие справедливо только в отношении стимулов низкой от

носительной яркости (то есть, дающих меньше 50L

по красному, зеленому и пурпур

ному, а также меньше 20 L

— по синему), тогда как по стимулам высокой относитель

ной яркости телевизионный охват больше охвата пленки. И вновь отличия в охватах

являются следствием паразитного поглощения света красителями пленки. Заметим,

что в желтом секторе отличия между охватами весьма малы, но у пленки охват в этом

направлении все же чутьчуть больше.

Таким образом, цветное телевидение наглядно демонстрирует способность адди

тивных систем воспроизводить цветовые стимулы практически всех цветовых тонов

с большей, чем у пленки, относительной яркостью. Проще говоря, хороший цветной

телевизор всегда может похвастаться отличным воспроизведением пастельных тонов.

Схожесть цветовых охватов пленок и телевизионных систем на меньших относитель

ных яркостях скорее теоретическая, чем практическая: шум и блики в большей степе

ни способствуют уменьшению охвата телесистемы, нежели фотопленки.

На рис. 9.6 показаны те же сечения охвата, что и на рис. 9.5, но охват телесистемы

(пунктирная линия) теперь сравнивается с охватом идеальных красителей (сплошная

линия). Мы видим, что охваты очень схожи между собой, поскольку отсутствие

какоголибо паразитного поглощения у идеальных красителей позволяет воспроизво

дить с их помощью стимулы высокой относительной фотометрической яркости. Инте

ресно, что в случаях, когда в телекиносистемах с электронным маскированием (см. раз

дел 23.13) используется кинопленка, эффекты паразитного поглощения нивелируются,

и охват цветностей системы виртуально становится равным охвату цветностей люмино

форов (пунктирная линия). Если паразитное поглощение света красителями позитив

ной пленки компенсировано с помощью специальных окрашенных присадок (см. раз

дел 15.4), то охват может достичь телевизионного, но просмотр в этом случае необходи

мо вести при источнике с такой цветностью, при которой хроматический сдвиг, вызван

ный такой присадкой, будет полностью компенсирован.

Следует отметить, что приведенные выше рассуждения применимы лишь к тем си



163

ГЛАВА 9 КОЛОРИМЕТРИЯ СУБТРАКТИВНЫХ СИСТЕМ

туациям, в которых телевизионные сигналы или оптические плотности красителей на

фотопленке никогда не дают значение по L

большее 100. В телевидении максималь

ные сигналы обычно соответствуют белому, но в цветных фотопленках белый воспро

изводится обычно с оптической плотностью равной примерно 0.3. Безусловно, вполне

достижимы и меньшие плотности, но нужно помнить, что за счет межслойного эффек

та (см. раздел 15.5) оптические плотности по некоторым слоям могут оказаться мень



ше, чем у белых объектов сцены (даже у нефлуоресцентных материалов). На практике

164

ГЛАВА 9 КОЛОРИМЕТРИЯ СУБТРАКТИВНЫХ СИСТЕМ

100

Çåëåíûå Ïóðïóðíûå

100

Ñèíèå Æåëòûå

100

Ãîëóáûå Êðàñíûå

150 100 50 0 50 100 150 200

Рис. 9.5 Сравнение охвата цветностей красителей типичной пленки (сплошные линии) с охва

том телевизионных люминофоров, взятого с рис. 9.4 (пунктирные линии), на шести главных

цветовых тонах. Осветитель пленки и опорный белый телеприемника — стандартный

осветитель. Максимальная концентрация красителей соответствует оптическим плотно

стям 2.0.

этот эффект возникает в основном у обращаемых пленок (Clapper, Gendron и

Brownstein, 1973). Если межслойные эффекты окажутся такими, что будут полностью

(или почти полностью) компенсировать паразитное поглощение, охват цветностей

пленки будет больше похож на тот, что показан на рис. 9.6, нежели на рис. 9.5, у кото"

рого отличия в охватах пленки и телесистемы весьма малы по светлым стимулам, но

много больше по голубым тонам за счет большего охвата пленки в этой области

CIELUV"пространства.

165

ГЛАВА 9 КОЛОРИМЕТРИЯ СУБТРАКТИВНЫХ СИСТЕМ

100

Çåëåíûå Ïóðïóðíûå

100

Ñèíèå Æåëòûå

100

Ãîëóáûå Êðàñíûå

150 100 50 0 50 100 150 200

Рис. 9.6 Сравнение охвата цветностей идеальных красителей (сплошные линии) с охватом те"

левизионных люминофоров (пунктирные линии). Осветитель пленки и опорный белый теле"

приемника — стандартный D

"осветитель. Максимальная концентрация красителей соответ"

ствует оптическим плотностям 2.0.

9.4 СПЕКТРАЛЬНЫЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ СИСТЕМ,

ПОСТРОЕННЫХ НА ИДЕАЛЬНЫХ КРАСИТЕЛЯХ

Предположим, что при регистрации сцены, освещенной S

"источником, мы ис"

пользуем систему с идеальными красителями (рис. 9.1). Возникает вопрос: каковы

должны быть спектральные чувствительности слоев фотоматериала (или аналогич"

ных компонентов нашего процесса), чтобы цветовые стимулы были воспроизведены

точно? Ответ: они, конечно же, должны быть трихроматическими кривыми Стандарт"

ного наблюдателя по кардинальным стимулам R

иB

(рис. 9.7 [a]), то есть удовле"

творять условию Лютера — Айвса. При этом мы видим, что кривые будут иметь боль"

шие отрицательные участки, следовательно, спектральный локус (рис. 7.8) будет ле"

жать далеко за пределами треугольника R

В разделе 7.4 мы показали, что не существует удовлетворительного способа внедрения

в фотографическую систему адекватных отрицательных чувствительностей. Сказанное

означает, что не только те стимулы, что лежат за пределами треугольника R

, начнут

терять колориметрическую чистоту, но и все стимулы, позиции которых находятся внут"

ри этого треугольника, также скорее всего будут воспроизведены некорректно.

Отметим, что идея внедрения отрицательных чувствительностей в фотоматериалы

более или менее реализована в пленке Fuji Reala и некоторых других пленках, имею"

щих специальный сине"зеленочувствительный слой, который за счет межслойного

эффекта влияет на слой красночувствительный (см. раздел 15.6). Однако межслойные

эффекты вместо отрицательного экспонирования логарифмически понижают контра"

сты, и истинные отрицательные чувствительности таким путем все равно не получить.

Вместе с тем, если бы в фотографической системе и было возможным использовать

эмульсии с отрицательными участками в кривых спектральной чувствительности,

точное цветовоспроизведение в рамках R

"треугольника все равно было бы невоз"

можным, поскольку в дальнейшем по каждой эмульсии потребовалась бы корректи"

ровка ее тон"репродукционной кривой. Поэтому на практике все без исключения фо"

тографические системы в какой"то степени искажают тонопередачу высоких светов

и глубоких теней тоновой шкалы.

9.5 СПЕКТРАЛЬНЫЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ СИСТЕМ,

ПОСТРОЕННЫХ НА РЕАЛЬНЫХ КРАСИТЕЛЯХ

Идеальные красители, обсуждавшиеся в предыдущих разделах, создают систему,

в которой цветности результирующих кардинальных стимулов рассчитываются весь"

ма просто и, следовательно, весьма просто определить соответствующий набор трихро"

матических кривых Стандартного наблюдателя. Однако, коль скоро реальные краси"

тели поглощают свет по каждой из третей спектра неравномерно, цветности результи"

рующих кардинальных стимулов меняются по мере изменения концентрации краси"

телей. Следовательно, у субтрактивных систем, использующих реальные красители,

не существует одного набора теоретически корректных трихроматических кривых

Стандартного наблюдателя.

Таким образом, в субтрактивных системах колориметрически точное воспроизве"

дение всех стимулов (в рамках охвата этой системы) нельзя реализовать только за счет

теоретически корректных кривых спектральной чувствительности камеры. Вместо

этого должен применяться контекстный подход, при котором переменными в системе

следует управлять так, что отклонения от колориметрически точного цветовоспроиз

166

ГЛАВА 9 КОЛОРИМЕТРИЯ СУБТРАКТИВНЫХ СИСТЕМ

ведения минимизируются по тем цветовым стимулам, с которыми чаще всего сталки

ваются на практике. К тому же, эти стимулы должны быть отобраны по критериям их

относительной значимости, а также по относительной значимости различных видов

погрешностей.

Практический выбор оптимального набора кривых спектральной чувствительности

зависит от ряда требований, некоторые из которых противоречивы. Понятно, что жела

тельно использовать кривые, идентичные трихроматическим кривым Стандартного на



блюдателя или их линейной комбинации (условие Лютера — Айвса), поскольку только

167

ГЛАВА 9 КОЛОРИМЕТРИЯ СУБТРАКТИВНЫХ СИСТЕМ

100

 20

 40

100

400 500 600 700

Òðèõðîìàòè÷åñêèå êðèâûå ïî èäåàëüíûì êðàñèòåëÿì

Äëèíà âîëíû (íì)

Êðèâûå ÷óâñòâèòåëüíîñòè òèïè÷íîé ôîòîïëåíêè

Îòíîñèòåëüíàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòüÎòíîñèòåëüíàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü

(a)

(b)

Ñèíå÷óâñòâèòåëüíûé

ñëîé

Çåëåíî÷óâñòâèòåëüíûé

ñëîé

Êðàñíî÷óâñòâèòåëüíûé

ñëîé

(l) g

(l) r

(l)

400 500 600 700

Рис. 9.7 (а) — трихроматические кривые Стандартного наблюдателя по «теоретическим» суб

трактивным стимулам R

рис. 7.8 и 7.10. (b) — спектральные чувствительности типич

ной фотопленки; пунктирные линии демонстрируют альтернативные варианты кривых крас

ночувствительного слоя.

в этом случае метамерные объекты сцены (т.е. те, что по цвету выглядят одинаково, но

имеют различные спектры) будут выглядеть одинаково и на репродукции, а те ее объек

ты, что по цвету выглядят разными, — всегда будут разными и на копии.

Трихроматические кривые Стандартного наблюдателя с отрицательными участка

ми реализовать очень сложно, поскольку большинство фотографических эффектов,

которые можно было бы использовать с целью получения таких участков (например,

межслойные эффекты) ведут к логарифмическому вычитанию экспозиции, тогда как

требуется просто вычитание. С другой стороны, строго положительные трихроматиче

ские кривые Стандартного наблюдателя, к примеру

x()l

y()l

z()l

, показанные на рис.

8.6, имеют выраженные зоны наложения друг на друга, в результате чего получение

удовлетворительной цветовой репродукции потребует либо т.н. высокоуровневого

маскирования, либо применения межслойных эффектов (Hanson и Brewer, 1955). И

то, и другое реализовать практически невозможно или по крайней мере очень сложно.

Плюс к тому, широкий перехлест кривых чувствительности ведет к снижению экспо

нирующей эффективности света.

Таким образом, кривые чувствительности реальных фотографических систем ста

раются отстраивать так, чтобы они максимально отличались от какихлибо трихрома

тических кривых зрительной системы. Сказанное проиллюстрирует рис. 9.7 (b), на ко

тором кривые чувствительности пленки сильно отличаются от трихроматических

кривых Стандартного наблюдателя, показанных там же (или от какихлибо их линей

ных комбинаций, определяющих все остальные возможные наборы).

Используя комплекты полностью положительных трихроматических кривых

с меньшими зонами перекрытия, можно уменьшить требования к уровням маскирова

ния или степени межслойного эффекта, повысив тем самым эффективность экспони

рующего света. Оборотной стороной здесь явится то, что некоторые метамерные сти

мулы сцены с «экзотическими», необычными спектральными распределениями, не

окажутся визуально одинаковыми в ее изображении и наоборот: те, что в сцене по цве

ту выглядели разными, на изображении этой сцены могут оказаться одинаковыми.

В частности, сильный сдвиг спектральной чувствительности красночувствительного

слоя в сторону длинных волн (необходим в целях компенсации издержек большого от

рицательного участка) приводит к сложностям в воспроизведении ряда стимулов, к

примеру: однозначносиние лепестки цветов на изображении начинают розовить (см.

раздел 5.1), а некоторые зеленые поверхности передаются серыми или даже коричне

выми. Данные искажения можно уменьшить за счет небольших сдвигов в красночув

ствительном слое (пунктирная линия на рис. 9.7 [b]), но в отсутствие высокоуровнево

го маскирования или межслойных эффектов такой прием приведет к тому, что зеле

ные объекты начнут желтить, красные станут вялыми, а цвет кожи европеоида (кри

тичный в западной культуре) станет землистосерым.

Следовательно, оптимальная кривая красночувствительного слоя — это некая

компромиссная кривая (типичный вариант показан сплошной линией на рис. 9.7 [b]).

Правда, у новейших пленок пик чувствительности по красночувствительному слою

находится примерно в районе 620 нм. Таким образом, чтобы уйти от использования от

рицательных участков (и, следовательно, межслойных эффектов и маскирования, не

обходимых при коррекции недочетов в спектральном поглощении красителей) ис

пользуются максимально разнесенные друг от друга кривые спектральной чувстви

тельности (Yule, 1971; Pearson и Yule, 1973).

Стоит отметить, что высокочувствительные цветные фотопленки обычно добирают

чувствительность за счет того, что их кривые несколько шире, чем показанные на

168

ГЛАВА 9 КОЛОРИМЕТРИЯ СУБТРАКТИВНЫХ СИСТЕМ

рис. 9.7(b), благодаря чему поглощается большее количество экспонирующего света.

При этом, как правило, колориметрическая чистота воспроизводимых стимулов не

сколько снижается (что требует коррекции особыми способами).

Величина, характеризующая то, насколько близко кривые чувствительности сис

темы аппроксимируют трихроматические кривые Стандартного наблюдателя, извест

на как «фактор колориметрического качества» или «qфактор»(Colorimetric Quality

Factor) (Yule, 1967, стр. 138). Ограничением qфактора является то, что в основе его

расчета лежит тезис о равной визуальной значимости всех длин волн спектра, тогда

как на практике одни могут быть намного важнее других; последнее указывает на не

обходимость отработки приемлемого метода волновой дифференцировки по данному

критерию (Ohta, 1991).

9.6 ИДЕАЛИЗИРОВАННЫЕ КОЛОРИМЕТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ

Колориметрия субтрактивных стимулов была бы весьма изящной и легкой, если

бы имелась возможность описывать аддитивные смеси кардинальных (уравниваю

щих) стимулов, регулируемых реальными красителями как красителями «идеальны

ми». Ниже мы расскажем о двух попытках такого описания, предпринятых

МакАдамом и Умбергером.

9.6.1 Схема Мак9Адама

МакАдам (MacAdam, 1938) показал, что, даже несмотря на зависимость цветности

кардинальных стимулов от концентрации соответствующих реальных красителей, по

крайней мере по некоторым из них возможно подобрать наиболее стабильный набор

кардинальных стимулов, который будет соответствовать трем точно подобранным пар

ным смесям этих красителей (т.н. бинары).

Внедрение такой системы потребует полного фотографического маскирования (см.

гл. 15.8), но если использовать его в связке с кривыми спектральной чувствительно

сти, то можно получить очень близкое приближение к теоретически корректной систе

ме. Однако погрешности все равно будут возникать, и неизбежно потребуется их кон

текстная минимизация (сам МакАдам оптимизировал только цветности, тогда как

необходима оптимизация по цветностям и относительной фотометрической яркости).

Отметим, что при изменении цветностей кардинальных стимулов форма трихрома

тических кривых Стандартного наблюдателя меняется не сильно, поэтому отличия

между кривыми спектральной чувствительности типичных цветных фотоматериалов

и любого корректного набора трихроматических кривых могут быть достаточно высо

ки, что показано на рис. 9.7.

В 1966 г. МакАдам показал, что цветные фотоматериалы можно производить со

спектральными чувствительностями, аппроксимирующими положительные участки

трихроматических кривых Стандартного наблюдателя по типичным аддитивным и

субтрактивным кардинальным стимулам, а также, что такие материалы не будут вос

производить синий как фиолетовый (что было свойственно всем цветным фотоплен

кам прошлых поколений — см. раздел 5.1). Также фотопленки, выполненные по

МакАдаму, продемонстрировали, в сравнении со старыми, меньший сдвиг хромати

ческого баланса при различных осветителях, но отличия в спектральной сенсибилиза

ции слоев привели к некоторому снижению колориметрической чистоты воспроизво

димых синих и красных стимулов. Любопытно, что ежели их колориметрическую

169

ГЛАВА 9 КОЛОРИМЕТРИЯ СУБТРАКТИВНЫХ СИСТЕМ

чистоту какимлибо способом восстановить (к примеру, за счет использования луч



ших красителей или за счет межслойного эффекта), то сдвиги хроматического баланса

при различных осветителях вновь усиливаются.

9.6.2 Схема Умбергера

Говоря о свойствах спектрального поглощения красителей в контексте концепции

Умбергера (Umberger, 1963), удобнее рассуждать в логике вариаций их оптической

плотности по длинам волн, нежели в логике пропускания (набор из трех кривых спек

тральной плотности показан на рис. 9.8).

В прозрачных материалах оптическая плотность красителя по данной длине волны

) обычно точно пропорциональна концентрации этого красителя — с

(что не отно

сится к отражающим отпечаткам, поскольку в них имеют место эффекты переотраже

ния в краскослоях).

Таким образом, по слайдам мы можем написать:

Dac

где а

— это функция спектральной плотности при некоей единичной концентрации

красителя. Следовательно, логарифмированный спектральный коэффициент пропус

кания (T

) будет равен:

lgTac

И если теперь две оставшихся краски, при функциях спектральной плотности а

, добавить в концентрациях с

и с

соответственно, то результирующий спектраль

ный коэффициент пропускания (T

) будет равен:

lgTacacac

ll l l

=- - -

11 22 3 3

Затем, если изменить концентрацию одного из красителей с c

на

, то результи

рующий спектральный коэффициент пропускания (

) будет равен:

--Tacacac

ll l l11 22 3 3

Далее. Две кривых спектрального коэффициента пропускания вместе с кривой

спектрального распределения энергии какоголибо источника (E

), использованного

при подсветке слайда, воспроизведут два цветовых стимула E

. Разность меж

ду этими двумя выражениями (E

–

) — это спектральное распределение энер

гии цветового стимула P

, который, будучи добавленным к

, воспроизведет сти

мул E

. Иными словами, стимул P

выступает в роли аддитивного стимула, управ

ляемого красителем, концентрация которого изменилась от c

Теперь основная наша проблема будет состоять в том, чтобы записать выражение

–

в удобном виде. При решении этого вопроса мы будем рассматривать сверх

малые изменения в c

Продифференцировав lgT

по c

, получим:

23=- .

170

ГЛАВА 9 КОЛОРИМЕТРИЯ СУБТРАКТИВНЫХ СИСТЕМ